一种双机械臂带电作业机器人制造技术

本发明专利技术提出一种双机械臂带电作业机器人，实现双机械臂的协调控制，包括第一机械臂、第二机械臂、双目摄像头、全景摄像头、主操作手、主控柜、从控柜、显示器；第一机械臂和第二机械臂上各搭载一个双目摄像头；第二工控机外接工作方式切换开关，用于指定当前双机械臂控制系统的工作方式，包含遥操作和自主两种工作方式。本发明专利技术在遥操作工作方式基础上，具有自主作业工作功能的双机械臂协调控制系统及方法；采用自主作业方式，一方面可以保证操作人员的安全，另一方面也可以减少误操作的发生，提高作业效率和作业质量。

Double robot arm live working robot

The invention provides a dual arm robot, realize the coordinated control of dual manipulator, including the first mechanical arm, second arm, binocular camera, panoramic camera, master manipulator, control cabinet, control cabinet, from display; the first and second rigid arms each equipped with a binocular camera; second computer external work mode switch, is used to specify the current dual manipulator control system works, including teleoperation and autonomous work in two ways. The present invention based on teleoperation mode, coordinated control system and method of dual manipulator with independent work function; the independent operation mode, one can ensure the safety of operators, on the other hand can also reduce the misoperation and improve work efficiency and work quality.

【技术实现步骤摘要】
一种双机械臂带电作业机器人
本专利技术属于电力
，具体涉及一种双机械臂带电作业机器人。
技术介绍
目前，广泛采用的带电作业技术主要是人工带电作业，要求操作人员攀爬高压铁塔或借助绝缘斗臂车进行不停电作业。但人工带电作业，意味着操作人员要处在高空、高压、强电磁场的危险环境中，劳动强度大，且人体姿态不易控制，稍有不慎就容易发生人身伤亡事故。为解决人工带电作业带来的危险，以及提高作业效率，国内外出现了使用机器人代替人工作业的带电作业技术。带电作业机器人的研究成果主要采用主从机械臂的遥操作方法，作业人员通过主操作手遥控从机械臂。该方法保障了操作人员的安全，但仍对操作人员有较高要求，且具有如下缺点：要求作业人员具有较高的技术熟练度，且在作业过程中精神高度集中；作业缓慢，必须确保作业环境的安全后再进行下一步操作；若操作不当，可能损毁机械臂，严重影响作业效率。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为：在遥操作工作方式基础上，具有自主作业工作功能的双机械臂协调控制系统及方法；采用自主作业方式，一方面可以保证操作人员的安全，另一方面也可以减少误操作的发生，提高作业效率和作业质量。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种双机械臂带电作业机器人，包括绝缘斗臂车，搭载在绝缘斗臂车上的机器人平台，安装在机器人平台上的机械臂，还包括数据采集系统以及数据处理和控制系统；所述机械臂包括第一机械臂和第二机械臂，所述摄像机包括双目摄像头，所述第一机械臂和第二机械臂上均搭载有双目摄像头，所述第一机械臂和第二机械臂使用作业工具相互配合完成带电作业；所述绝缘斗臂车上设置有控制室，所述数据处理和控制系统包括第一工控机、第二工控机、显示屏和主操作手，第二工控机内置图像处理器和带电作业动作序列库，所述带电作业动作序列库中预先存储有各项带电作业对应的动作序列数据；显示屏和主操作手位于控制室内；主操作手与机械臂为主从操作关系，通过改变主操作手的姿态控制机械臂运动；第二工控机生成械臂运动控制信号，并将械臂运动控制信号发送给第一工控机；第一工控机根据械臂运动控制信号控制机械臂动作。进一步，所述械臂运动控制信号为机械臂各关节角度的期望值；第二工控机采样主操作手各关节的角度数据，第一工控机采集机械臂各关节的角度数据并发送给第二工控机，当主操作手各关节角度与机械臂各关节角度存在差异时，第二工控机将主操作手各关节角度作为机械臂各关节角的期望值发送给第一工控机，第一工控机根据角度期望值通过伺服电机控制机械臂各关节的运动。进一步，所述摄像机采集的作业场景图像发送给第二工控机，图像处理器对作业场景图像进行处理后获的3D虚拟作业场景，并送显示器显示。进一步，所述械臂运动控制信号为第二工控机规划的机械臂空间路径，第一工控机根据机械臂空间路径解算出机械臂各关节角度的期望值，通过控制伺服驱动电机控制按机械臂各关节运动。进一步，机械臂空间路径的规划方法为：以双目摄像头视野中心的一点作为作业对象参考点及圆弧中心点，以机械臂末端到作业对象参考点的距离作为弧面半径，设定一圆弧面，双目摄像机在该圆弧面上的不同角度采集作业对象的多幅双目图像，第二工控机根据双目视觉测距原理对多幅双目图像进行处理获得作业对象多角度的三维点云数据，使用迭代最近点算法对多角度三维点云数据进行融合和配准，建立作业对象三维模型；第一工控机采集机械臂各关节的角度数据并发送给第二工控机；第二工控机根据作业对象三维模型、机械臂末端到作业对象参考点的距离以及机械臂各关节的角度数据进行数据融合，获得双机械臂相对作业对象三维模型的位姿信息；第二工控机根据双机械臂相对作业对象三维模型的位姿信息和作业任务动作序列进行机器人笛卡尔空间和关节空间的路径规划。进一步，所述机械臂或者主操作手为六自由度机构，包括基座，旋转轴方向与基座平面垂直的腰关节，与腰关节连接的肩关节，与肩关节连接的大臂，与大臂连接的肘关节，与肘关节连接的小臂，与小臂连接的腕关节，腕关节由三个旋转关节组成，分别为腕俯仰关节、腕摇摆关节和腕旋转关节；所述六自由度机构中各个关节均具有相应的正交旋转编码器和伺服驱动电机，正交旋转编码器用于采集各个关节的角度数据，伺服驱动电机用于控制各关节的运动；第一工控机根据机械臂各关节角度的期望值，通过控制伺服驱动电机控制按机械臂各关节运动。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于，本专利技术可在不断电不带负荷的情况下通过带电作业机器人的机械臂进行带电作业；本专利技术使用带电作业机器人由操作人员摇杆控制，对于作业人员劳动强度要求小，减少了作业强度大出现人为失误的情况，大大提高了作业过程中的安全性，从一定程度上可以减少事故的发生。附图说明图1为本专利技术带电作业机器人一种实施例的整体结构示意图；图2为本专利技术中绝缘斗臂车的系统组成框图；图3为本专利技术中机器人平台的结构示意图；图4为本专利技术中机械臂的结构示意图。图5是本专利技术主操作手控制原理框图。图6是本专利技术自主式作业控制方法流程图。具体实施方式容易理解，依据本专利技术的技术方案，在不变更本专利技术的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本专利技术双机械臂带电作业机器人的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本专利技术的技术方案的示例性说明，而不应当视为本专利技术的全部或者视为对本专利技术技术方案的限制或限定。结合附图，带电作业机器人包括绝缘斗臂车1、控制室2、伸缩臂3、机器人平台4。其中，绝缘斗臂车1上架设控制室2和伸缩臂3，伸缩臂3末端连接机器人平台4，机器人平台4与控制室2之间采用光纤以太网通信或者无线网络通信。绝缘斗臂车1可供操作人员驾驶，从而将机器人平台4运输到作业现场。绝缘斗臂车1上装有支撑腿，支撑腿可以展开，从而将绝缘斗臂车1与地面稳固支撑。绝缘斗臂车1上装有发电机，从而给控制室2及伸缩臂3供电。伸缩臂3设有沿伸缩方向的驱动装置，操作人员可以通过控制驱动装置，从而将机器人平台4升降到作业高度。该伸缩臂3由绝缘材料制成，用于实现机器人平台4与控制室2的绝缘。在本专利技术中，伸缩臂3可有由剪叉式升降机构或其他机构代替。作为一种实施方式，控制室2中设置有第二工控机、显示屏、第一主操作手、第二主操作手以及通信模块等。作为一种实施方式，机器人平台4包括绝缘子46、第一机械臂43、第二机械臂44、第一工控机48、双目摄像头45、全景摄像头41、深度摄像头410、蓄电池49、专用工具箱47、通信模块。机器人平台4的绝缘子46用于支撑第一机械臂43、第二机械臂44，将这三个机械臂的外壳与机器人平台4绝缘。蓄电池49为第一工控机48、第一机械臂43、第二机械臂44、全景摄像头41、双目摄像头45、深度摄像头410、通信模块供电。作为一种实施方式，双目摄像头45一共有三个，分别安装在第一机械臂43、第二机械臂44的腕关节437上，负责采集作业场景的图像数据，并将图像数据发送给第二工控机。双目摄像头45由两个光轴平行的工业相机组成，平行光轴之间的距离固定。深度摄像头410安装在机器人平台4正对作业场景的侧面，负责采集作业场景的景深数据，将景深数据发送给第二工控机。全景摄像头41通过支架安装在机器人平台4的上方，负责采集作业场景的全景图像数据，将图像数据发送给第二工控机，并显示在显示器上，作业人员可以通过全景图像监控作业场景。专用工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双机械臂带电作业机器人，包括绝缘斗臂车，搭载在绝缘斗臂车上的机器人平台，安装在机器人平台上的机械臂，其特征在于，还包括数据采集系统以及数据处理和控制系统；所述机械臂包括第一机械臂和第二机械臂，所述摄像机包括双目摄像头，所述第一机械臂和第二机械臂上均搭载有双目摄像头，所述第一机械臂和第二机械臂使用作业工具相互配合完成带电作业；所述绝缘斗臂车上设置有控制室，所述数据处理和控制系统包括第一工控机、第二工控机、显示屏和主操作手，第二工控机内置图像处理器和带电作业动作序列库，所述带电作业动作序列库中预先存储有各项带电作业对应的动作序列数据；显示屏和主操作手位于控制室内；主操作手与机械臂为主从操作关系，通过改变主操作手的姿态控制机械臂运动；第二工控机生成械臂运动控制信号，并将械臂运动控制信号发送给第一工控机；第一工控机根据械臂运动控制信号控制机械臂动作。

【技术特征摘要】
1.一种双机械臂带电作业机器人，包括绝缘斗臂车，搭载在绝缘斗臂车上的机器人平台，安装在机器人平台上的机械臂，其特征在于，还包括数据采集系统以及数据处理和控制系统；所述机械臂包括第一机械臂和第二机械臂，所述摄像机包括双目摄像头，所述第一机械臂和第二机械臂上均搭载有双目摄像头，所述第一机械臂和第二机械臂使用作业工具相互配合完成带电作业；所述绝缘斗臂车上设置有控制室，所述数据处理和控制系统包括第一工控机、第二工控机、显示屏和主操作手，第二工控机内置图像处理器和带电作业动作序列库，所述带电作业动作序列库中预先存储有各项带电作业对应的动作序列数据；显示屏和主操作手位于控制室内；主操作手与机械臂为主从操作关系，通过改变主操作手的姿态控制机械臂运动；第二工控机生成械臂运动控制信号，并将械臂运动控制信号发送给第一工控机；第一工控机根据械臂运动控制信号控制机械臂动作。2.如权利要求1所述双机械臂带电作业机器人，其特征在于，所述械臂运动控制信号为机械臂各关节角度的期望值；第二工控机采样主操作手各关节的角度数据，第一工控机采集机械臂各关节的角度数据并发送给第二工控机，当主操作手各关节角度与机械臂各关节角度存在差异时，第二工控机将主操作手各关节角度作为机械臂各关节角的期望值发送给第一工控机，第一工控机根据角度期望值通过伺服电机控制机械臂各关节的运动。3.如权利要求2所述双机械臂带电作业机器人，其特征在于，所述摄像机采集的作业场景图像发送给第二工控机，图像处理器对作业场景图像进行处理后获的3D虚拟作业场景，并送显示器显示。4.如权利要求1所述双机械臂带电作业机器人，其特征在于，所述械臂运动控制信号为第二工控机...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭健，韩昊一，郭毓，吴禹均，苏鹏飞，吴巍，李光彦，黄颖，汤冯炜，林立斌，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32